CN102087954A - 晶圆清洗方法 - Google Patents
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Abstract
一种晶圆清洗方法，包括：在化学机械研磨后喷洒清洗剂进行现场清洗，所述清洗剂包括稀释氢氟酸，所述稀释氢氟酸中HF∶H2O的质量比小于1∶1000。所述晶圆清洗方法能够取得较好的清洗效果及较少的清洗后缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，特别涉及晶圆清洗方法。
背景技术
在化学机械研磨后，需要对晶圆表面进行清洗，以去除晶圆表面的污染物。化学机械研磨后的清洗剂通常采用稀释氨水(NH4OH)，稀释氨水可以较好地去除晶圆表面残留的研磨浆颗粒。但当晶圆表面还残留有金属污染物时(通常在例如钨插塞的化学机械研磨后会出现)，稀释氨水的去除作用就很小，这时通常还需要采用酸性清洗剂，例如稀释氢氟酸(HF)。由此，在化学机械研磨后的清洗过程中还需采用两种清洗剂，不仅增加了相应工艺设备的复杂度，并且清洗成本也会随之增加。
有鉴于此，现有技术对化学机械研磨后的清洗技术作了诸多研究，并提出了一些解决方案。例如，由Andrew Black，Albert H.Liu等在Solid StateTechnology上发表的名为“Efficient，high-throughput post-STI CMP cleaning”的文章中就提出了采用单一的稀释氢氟酸作为化学机械研磨后清洗剂的方案。在该文章中，作者将稀释氨水及稀释氢氟酸应用于各种结构的晶圆进行清洗实验，依据清洗后缺陷检测的结果比对分析发现，稀释氢氟酸对于金属污染物颗粒及研磨浆颗粒的去除效果都较好。因而，提出了采用稀释氢氟酸对化学机械研磨后的晶圆进行清洗的方案，并同时强调需要仔细调节稀释氢氟酸的浓度和/或清洗时间，以避免使得化学机械研磨对晶圆的微细划伤更加严重，从而获得较佳的清洗效果及较少的清洗后缺陷。
然而，在目前的一些化学机械研磨及研磨后清洗中发现，晶圆的边界部分存在较严重的缺陷。例如，在一些钨插塞的化学机械研磨后，采用了稀释氢氟酸进行清洗。在稀释氢氟酸清洗后的检测中发现，晶圆的边界部分出现了较大的划伤以及较大的污染物颗粒。参照图1所示，较严重的情况下，所述污染物颗粒的大小甚至达到了1μm。晶圆边界部分的这一严重缺陷直接导致了产品良率下降。并且，这些较大的污染物颗粒还将严重影响后续制程质量。
发明内容
本发明解决的是现有技术化学机械研磨后的清洗后，晶圆边界部分存在较严重缺陷，影响产品良率及后续制程质量的问题。
为解决上述问题，本发明提供一种晶圆清洗方法，包括：在化学机械研磨后喷洒清洗剂进行现场清洗，所述清洗剂包括稀释氢氟酸，所述稀释氢氟酸中HF∶H2O的质量比小于1∶1000。
与现有技术相比，上述晶圆清洗方法具有以下优点：氢氟酸比例极稀少的清洗剂溶液既可以有效去除化学机械研磨过程中产生的金属污染物颗粒及研磨浆颗粒，也较少会对晶圆产生额外损伤。同时，由于是现场清洗，由清洗剂的腐蚀而产生的微量污染物颗粒也会一并从晶圆上被去除。因此，能够取得较好的清洗效果及较少的清洗后缺陷。
附图说明
图1是现有技术化学机械研磨后的清洗后，晶圆边界部分污染物颗粒的电镜图；
图2至图3是本发明晶圆清洗方法应用于化学机械研磨的一种实施例简易示意图；
图4是现有技术和本发明晶圆清洗方法实施例对应的晶圆边界表面残留污染物颗粒电镜比对图。
具体实施方式
通过对现有技术研磨后清洗的仔细分析后发现，清洗后晶圆边界部分存在较严重缺陷可能出自以下原因：
(1)晶圆边界部分的叠层结构与晶圆中心部分的叠层结构具有较大差异。具体地说，在沉积材料层时，晶圆边界部分并不能够如晶圆中心部分那样能够很好地控制厚度的均匀性。这样也就造成了晶圆边界部分的叠层结构厚薄不均，其结合也不够紧密。在化学机械研磨及后续清洗中就很容易剥落而残留较大颗粒的污染物。
(2)晶圆边界部分在例如干法蚀刻后，其表面的损伤相较于晶圆中心部分更严重。在化学机械研磨及后续清洗中，表面的一些材料也相对更容易剥落而残留较大颗粒的污染物。
(3)氢氟酸的浓度或清洗时间不适合，由于氢氟酸较强的腐蚀性，使得化学机械研磨对晶圆边界产生的损伤在后续含氢氟酸的清洗中被进一步加重或产生较大颗粒污染物。
基于此，本发明晶圆清洗方法考虑在化学机械研磨的同时喷洒清洗剂进行现场清洗。根据本发明晶圆清洗方法的一种实施方式，其包括：在化学机械研磨后喷洒清洗剂进行现场清洗，所述清洗剂包括稀释氢氟酸，所述稀释氢氟酸中HF∶H2O的质量比小于1∶1000。
上述晶圆清洗方法的实施方式中，由于氢氟酸的较强腐蚀性，其可有效去除化学机械研磨过程中产生的金属污染物颗粒及研磨浆颗粒，而由于清洗剂中的氢氟酸比例极稀少，该清洗剂对晶圆产生的额外损伤也较少。而所述现场清洗，是指晶圆仍处于化学机械研磨机台时就开始清洗，利用晶圆旋转产生的离心作用，就可将化学机械研磨过程中产生的污染物颗粒及清洗剂腐蚀产生的微量残留物一并去除。
以下以对钨插塞的化学机械研磨为例，对上述晶圆清洗方法作进一步说明。
参照图2所示，晶圆20中已形成有钨插塞(图未示)，需要通过化学机械研磨的方法对其进行平坦化处理。此时，将晶圆20放入化学机械研磨机台中，通过可旋转的抓手60抓取住晶圆20以使得晶圆20旋转，将研磨垫10置于可旋转的底座50上与晶圆20保持同向旋转，选取适合于钨插塞的研磨浆料就可开始对晶圆20进行化学机械研磨了。
在化学机械研磨之前，可对研磨垫10喷洒去离子水(图未示)以清洗研磨垫10。
在开始进行化学机械研磨时，底座50带动研磨垫10旋转，而研磨浆料30不断滴落于研磨垫10表面(图2中研磨浆料30的滴落位置仅为示意，并非用以限定)，覆盖有研磨浆料30的研磨垫10对晶圆20表面进行研磨，以去除多余的钨。
参照图3所示，在研磨结束后，研磨浆料30停止滴落，而晶圆20及研磨垫10仍保持旋转。同时，喷淋头40将清洗剂喷洒于研磨垫10表面，通过研磨垫10与晶圆20的接触，以进行现场清洗。所述清洗剂可以包括稀释氢氟酸，其中，稀释氢氟酸中HF∶H2O的质量比小于1∶1000。例如，HF∶H2O的质量比可以为1∶1000～3000。清洗时的温度为室温，例如25℃。
具体地说，在清洗的前期，由于需有效清除化学机械研磨时产生的钨污染物颗粒以及残留的研磨浆料颗粒，因此通过喷洒稀释的氢氟酸就可有效地腐蚀这些污染物颗粒，使其尺寸减小，并伴随晶圆20旋转时的离心作用，沿着直线箭头101、102方向脱离晶圆20表面。并且，伴随晶圆20的旋转，在清洗过程中可能由于氢氟酸的腐蚀而产生的微量残留物也会脱离晶圆20表面。所述包括稀释氢氟酸的清洗剂进行清洗的时间可以为20～40秒。
在经过上述清洗后，晶圆20表面的各种污染物颗粒已被去除大半，此时可将晶圆20从化学机械研磨机台中取出，再次对晶圆20表面喷洒清洗溶液或将晶圆20浸入清洗溶液进行清洗。所述清洗溶液可以包括稀释氨水，所述稀释氨水中NH4OH∶H2O的质量比小于1∶50。例如，NH4OH∶H2O的质量比可以为1∶50～200。清洗时的温度为室温，例如25℃。
此处使用包括稀释氨水的清洗溶液的作用主要是为了清除晶圆20表面剩余的研磨浆料的残留颗粒。所述包括稀释氨水的清洗溶液进行清洗的时间可以为30～60秒。
经过上述过程，不仅完成了对钨插塞的平坦化，同时也完成了晶圆表面的清洗，在此后就不必再额外进行使用清洗剂的清洗工艺了。也就是说，通过上述过程，化学机械研磨和清洗和一次性完成。因此，应用上述实施例的清洗方法不但可以取得较好的清洗效果，清洗工序也较少。
为验证本发明晶圆清洗方法的效果，分别对现有技术和上述本发明实施例清洗后的晶圆进行了检测。参照图4所示，从对现有技术和本发明实施例清洗后晶圆边界表面残留的污染物颗粒的电镜检测可以发现，在晶圆边界的一些区域，现有技术清洗后的晶圆表面仍如前述的残留有较大污染物颗粒，而本发明实施例清洗后的晶圆表面几乎没有残留的污染物颗粒。
此外，通过缺陷检测获得的数据也可证实本发明晶圆清洗方法的效果。
下表分别示出了现有技术和上述本发明实施例清洗后的各项缺陷检测数据。
| 清洗方法 | 现有技术 | 本发明实施例 |
| 总缺陷数 | 785 | 405 |
| 划伤 | 8 | 7 |
表1
从表1中可以看到，本发明实施例相对于现有技术，其清洗后的晶圆表面总缺陷数大大减少，几乎下降了一半。而晶圆表面的划伤数目也有所减少。
综上所述，本发明晶圆清洗方法采用氢氟酸比例极稀少的清洗剂溶液在化学机械研磨后进行现场清洗。氢氟酸比例极稀少的清洗剂溶液既可以有效去除化学机械研磨过程中的金属污染物颗粒及研磨浆颗粒，也较少会对晶圆产生额外损伤。同时，由于是现场清洗，由清洗剂的腐蚀而产生的微量污染物颗粒也会一并从晶圆上被清除。因此，能够取得较好的清洗效果及较少的清洗后缺陷。
虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (9)
1.一种晶圆清洗方法，其特征在于，包括：在化学机械研磨后喷洒清洗剂进行现场清洗，所述清洗剂包括稀释氢氟酸，所述稀释氢氟酸中HF∶H2O的质量比小于1∶1000。
2.如权利要求1所述的晶圆清洗方法，其特征在于，所述稀释氢氟酸中HF∶H2O的质量比为1∶1000～3000。
3.如权利要求1所述的晶圆清洗方法，其特征在于，所述包括稀释氢氟酸的清洗剂进行清洗的时间为20～40秒。
4.如权利要求1所述的晶圆清洗方法，其特征在于，所述包括稀释氢氟酸的清洗剂进行清洗时的温度为25℃。
5.如权利要求1所述的晶圆清洗方法，其特征在于，还包括：对经过所述现场清洗后的晶圆喷洒清洗溶液进行清洗或将所述晶圆浸入清洗溶液中进行清洗，所述清洗溶液包括稀释氨水。
6.如权利要求5所述的晶圆清洗方法，其特征在于，所述稀释氨水中NH4OH∶H2O的质量比小于1∶50。
7.如权利要求6所述的晶圆清洗方法，其特征在于，所述稀释氨水中NH4OH∶H2O的质量为1∶50～200。
8.如权利要求5所述的晶圆清洗方法，其特征在于，所述包括稀释氨水的清洗溶液进行清洗的时间为30～60秒。
9.如权利要求5所述的晶圆清洗方法，其特征在于，所述包括稀释氨水的清洗溶液进行清洗时的温度为25℃。
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